Java锁的升级过程：从偏向锁到重量级锁的演进

原创

BugEliminator何何何

发布于 2023-05-30 13:12:58

4290

发布于 2023-05-30 13:12:58

文章被收录于专栏：JavaGuruJavaGuru

Java中的锁是多线程编程中重要的同步机制。在并发环境下，锁的性能和效率对系统的性能和可伸缩性至关重要。Java的锁机制在不同的场景下会采用不同的锁升级策略，从最轻量级的偏向锁到最重量级的重量级锁。本博客将深入探讨Java锁的升级过程，解释每个阶段的原理和适用场景。

1. 引言

并发编程是现代软件开发中必不可少的一部分，而Java的锁机制是保证多线程安全的重要工具之一。Java的锁机制经历了多个版本的演进和优化，其中的锁升级过程更是一个值得深入研究的话题。

2. 偏向锁

偏向锁是Java中最轻量级的锁升级策略。当一个线程获取到锁时，该锁会进入偏向模式，并将获取到锁的线程ID记录下来。接下来，当这个线程再次请求同一个锁时，无需竞争，可以直接获取。这种策略适用于大部分情况下都是由同一个线程持有锁的场景。

3. 轻量级锁

当多个线程同时请求同一个锁时，偏向锁就无法满足需求，锁升级到轻量级锁。轻量级锁使用CAS（Compare and Swap）操作来避免线程的阻塞和唤醒，从而提高并发性能。当线程获取轻量级锁失败时，锁会升级到下一个阶段。

4. 自旋锁

自旋锁是轻量级锁升级的一种策略。当线程在获取轻量级锁失败后，它不会立即被挂起，而是会自旋一段时间，不断尝试获取锁。自旋锁的目的是为了避免线程的上下文切换，提高性能。但如果自旋时间过长或者自旋次数达到一定阈值，仍然没有成功获取锁，那么锁将会升级到下一个阶段。

5. 重量级锁

重量级锁是Java中最重量级的锁升级策略。当自旋锁尝试获取锁的次数达到阈值时，锁会进入重量级模式。重量级锁采用操作系统的互斥量实现，

6. 锁升级过程

在并发编程中，锁的升级过程是根据不同的场景和线程竞争情况来确定的。当只有一个线程竞争锁时，偏向锁会起到很好的性能优化作用。但当多个线程竞争同一个锁时，就需要进行锁升级以保证线程安全和并发性能。

偏向锁的升级过程如下：

偏向锁：初始状态下，锁是偏向于第一个获取它的线程的。
轻量级锁：当另一个线程尝试获取锁时，偏向锁会升级为轻量级锁。这是因为存在多个线程竞争同一个锁，无法满足偏向锁的场景。
自旋锁：如果轻量级锁尝试失败，即无法成功获取锁，线程将进入自旋状态，不断尝试获取锁。自旋锁可以避免线程的阻塞和唤醒，减少性能损失。
重量级锁：当自旋锁尝试一定次数后仍然无法获取锁，锁将升级为重量级锁。重量级锁会将请求锁的线程阻塞，并且使用操作系统提供的底层互斥量来实现锁的同步。

下面通过代码示例来说明Java锁的升级过程。我们以 synchronized 关键字为例进行演示：

javaCopy codepublic class LockExample {
    private int count = 0;
    private Object lock = new Object();

    public void increment() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        synchronized (lock) {
            return count;
        }
    }
}

在上面的代码中，我们使用 synchronized 关键字来实现对 count 变量的同步访问。当多个线程调用 increment() 方法时，它们会尝试获取 lock 对象的锁。如果没有竞争，锁会升级为偏向锁状态；如果有竞争，锁会进一步